某电厂超临界机组烟气脱硫工程培训教程之吸收塔系统
1.总的介绍1.1概述
1.1.1本系统采用单元制，即一炉一塔，采用单塔处理一套600MW机组锅炉的烟气。
1.1.2采用就地强制氧化湿式石灰石/石膏工艺去除烟气中的二氧化硫，并生成副产品石膏。
1.1.3在吸收塔内，循环浆液雾滴与烟气逆流接触，捕集烟气中的SO2、SO3、HF、HCl、粉尘等有害物，浆液中的碳酸钙与SO2反应，生成亚硫酸钙。脱硫并除尘后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。
1.1.4向吸收塔浆池（在吸收塔的下半部，这部分所起到的是吸收塔反应区的作用）收集的浆液中喷射空气，将亚硫酸钙氧化为硫酸钙，并生成石膏晶体。为保持浆液中固体颗粒的悬浮和强化氧化反应，吸收塔浆池配置四台搅拌器。
1.1.5石膏浆液排出泵将石膏浆液送至石膏水力旋流器进行脱水。
1.2吸收塔中反应原理
1.2.1烟气中的SO2与浆液中碳酸钙发生反应，生成亚硫酸钙：
CaCO3+SO2+H2O--->CaSO3 H2O +CO2 （1）
1.2.2通过烟气中的氧和亚硫酸氢根的中间过渡反应，部分的亚硫酸钙转化成石膏（二水硫酸钙）：
CaSO3H2O + SO2 + H2O---> Ca(HSO3)2 + H2O （2）
Ca(HSO3) 2 +½O2 +2H2O ---> CaSO42 H2O + SO2 + H2O （3）
1.2.3吸收塔浆液池中剩余的亚硫酸钙通过由氧化风机鼓入的空气发生氧化反应，生成硫酸钙。
CaSO3H2O +½O2+2 H2O--->CaSO42H2O +H2O （4）
1.2.4同时，也伴随有其它的化学反应发生：三氧化硫，氯化氢和氢氟酸与碳酸钙的反应，生成石膏、氯化钙和氟化钙：
CaCO3 + SO3 + 2 H2O---> CaSO42 H2O+CO2 （5）
CaCO3 + 2 HCl ---> CaCl2 + H2O + CO2 （6）
CaCO3 + 2 HF ---> CaF2 + H2O + CO2 （7）
1.3流程叙述
由锅炉引风机来的热烟气经增压风机升压后，进入喷淋吸收塔进行脱硫。
在吸收塔内，烟气与石灰石/石膏浆液逆流接触，被冷却到绝热饱和温度，烟气中的SO2和SO3与浆液中的石灰石反应，形成亚硫酸钙和硫酸钙，烟气中的HCl、HF也与浆液中的石灰石反应而被吸收。
脱硫后的饱和烟气温度约51℃，经吸收塔顶部除雾器除去夹带的雾滴后排入烟囱。
氧化空气风机将空气鼓入吸收塔浆池，将亚硫酸钙氧化成硫酸钙，过饱和的硫酸钙溶液结晶生成石膏（CaSO4·2H2O）。
产生的石膏浆液通过石膏浆液排出泵连续抽出，视吸收塔浆池的液位高低决定将石膏浆液送至石膏水力旋流器进行脱水或将浆液送回吸收塔。
2.设备简介
2.1吸收塔
2.1.1吸收塔包括一个托盘，三层喷淋装置，每层喷淋装置上布置有160个空心锥喷嘴，喷嘴进口压头为104KPa，喷淋层上部布置有两级除雾器。
2.1.2烟气通过吸收塔托盘后，被均匀分布到整个吸收塔截面。B&W公司几十年FGD系统设计的经验表明，吸收塔加装托盘后，极大地提高了吸收塔的脱硫效率——这不但使得主喷淋区烟气分布很均匀，而且吸收塔托盘使烟气和石灰石/石膏浆液通过在托盘上的液膜区域充分接触达到最大效率地去除烟气中的SO2。
2.1.3该吸收塔的特点是液/气比较低，从而节省循环浆液泵的电耗。
2.1.4吸收塔内部表面及托盘无结垢、堵塞问题。
2.1.5B&W公司参考几十年的FGD系统设计经验，确定了吸收塔内喷淋层和喷嘴的布置、托盘的位置和开孔率、除雾器和烟气进出口的布置，根据液滴的有效喷射轨迹及滞留时间确定喷淋组件之间的距离；同时优化了PH值、液/气比、钙/硫比、氧化空气量、浆液浓度、烟气流速等性能参数，从而保证FGD系统连续、稳定、经济地运行。
2.1.6氧化和结晶主要发生在吸收塔浆池中。吸收塔浆液池的尺寸保证能提供足够的浆液停留时间完成亚硫酸钙的氧化和石膏(CaSO4.2H2O)的结晶。吸收塔浆池上设置4台侧进式搅拌器使浆液罐中的固体颗粒保持悬浮状态并强化亚硫酸钙的氧化。
2.1.7吸收塔浆池中浆液的pH值由投入石灰石量控制，而加入吸收塔的石灰石浆液的量的大小将取决于预计的锅炉负荷、SO2含量以及实际的吸收塔浆液的pH值。塔内浆液PH值大约为5.6 ~ 5.8。补充石灰石浆液加入吸收塔浆池与石膏浆液混合。吸收塔浆池中的混合浆液由浆液循环泵通过喷淋管组送到喷嘴，形成非常细小的液滴喷入塔内。
2.1.8在吸收塔浆池的溢流管道上设置了吸收塔溢流密封箱，它可以容纳吸收塔在压力密封时发生的溢流。密封箱的液位由周期性地补充工艺水来维持。密封箱同时为吸收塔提供了增压保护。
2.1.9吸收塔顶部布置有放空阀，在正常运行时该阀是关闭的。当FGD装置走旁路或当FGD装置停运时，电磁放空阀开启以消除在吸收塔氧化风机还在运行时或停运后冷却下来时产生的与大气的压差。
2.2吸收塔浆液循环泵
2.2.1浆液再循环系统采用单元制设计，每个喷淋层配一台浆液循环泵，每台吸收塔配三台浆液循环泵。运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来确定，以达到要求的吸收效率。由于能根据锅炉负荷选择最经济的泵运行模式，该再循环系统在低锅炉负荷下能节省能耗。
2.3浆液喷淋系统
2.3.1浆液喷淋系统包括喷淋组件及喷嘴。一个喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和喷嘴组成，喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔的横截面，并达到要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收浆液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/气比（L/G）下可靠地实现96.8%的脱硫效率，且在吸收塔的内表面不产生结垢。
2.3.2使用由碳化硅制成的空心锥喷嘴和FRP喷淋管道，可以长期运行而无腐蚀、无磨蚀、无石膏结垢及堵塞等问题。
2.4除雾器
2.4.1吸收塔设两级除雾器，布置于吸收塔顶部最后一个喷淋组件的上部。烟气穿过循环浆液喷淋层后，再连续流经两层Z字形除雾器除去所含浆液雾滴。在一级除雾器的上面和下面各布置一层清洗喷嘴。清洗水从喷嘴强力喷向除雾器元件，带走除雾器顺流面和逆流面上的固体颗粒。二级除雾器下面也布置一层清洗喷淋层。烟气通过两级除雾后，其烟气携带水滴含量低于75mg/Nm3（干基）。除雾器清洗系统间断运行，采用自动控制。
2.5氧化空气系统
2.5.1烟气中本身含的氧量不足以氧化反应生成的亚硫酸钙。因此，需提供强制氧化系统为吸收塔浆液提供氧化空气。氧化空气把脱硫反应中生成的半水亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O)氧化为硫酸钙并结晶生成石膏(CaSO4·2H2O)。
2.5.2氧化空气系统由氧化风机和矛式喷射管组成。每套FGD装置设二台氧化风机，其中一台备用。
2.5.3氧化空气通过矛式喷射管送入浆池的下部。每根矛状管的出口都非常靠近搅拌器，这样，空气被送至高度湍流的浆液区，搅拌器产生的高剪切力使空气分裂成细小的气泡并均匀地分散在浆液中，从而使得空气和浆液得以充分混合，增大了气液接触面积，进而实现了高氧化率。
2.5.4矛式喷射管易于维护。
2.6吸收塔排出泵
2.6.1吸收塔排出泵将石膏浆液从吸收塔中输送到石膏脱水系统，还可用来将吸收塔浆液池排空到事故浆液池中。
3.3 技术数据清单
3.3.1吸收塔有关技术参数
吸收塔进口烟气量： 2018803Nm3/h (湿,设计工况)
吸收塔出口烟气量： 2136344Nm3/h (湿,设计工况)
吸收塔直径： 15.3m
吸收塔总高度： 37.1m
吸收塔气速： 8m
液气比： 12.1L/Nm3
浆液池容积： 1930 m3
浆液循环时间： 4.7min
Ca/S(mol)： 1.025
3.3.2浆液循环泵技术参数
泵的型式： 离心式
数量： 9台(另仓库备用一台最高扬程泵)
流量： 8606m3/h
排出侧压头： 240/260/280 kPa
电机功率： 800/900/9000 kW
3.3.3氧化风机技术参数
风量： 7500 Nm3/h（湿态）
压升： 130kPa
出口温度： 121℃
电机功率： 400kW
3.3.4吸收塔排出泵技术参数
数量：每塔2台
型式：离心式
参数：Q=90m3/hH=500kPa
电机功率：22kW
3.4.就地及远方控制设备
3.5.自动控制和联锁说明
3.6.模拟控制回路说明
3.6.1控制系统概述
吸收塔连续运行。输入吸收塔的石灰石浆液的给入量取决于锅炉负荷，进口二氧化硫含量和吸收塔浆液的PH值。吸收塔浆液的浓度由控制加入吸收塔的水量来调节。吸收塔浆液的液位则由控制排至石膏脱水系统的浆液排出量的分段式控制系统来调节。增氧空气量则取决于增氧风机的最大出力。
3.6.2控制回路
3.6.2.1吸收塔浆液的PH值控制
湿式脱硫系统中最重要的控制参数就是吸收塔浆液的PH值。该回路的合理设计将使石灰石得以最大限度的利用，并可提供随负荷变化而调节系统的灵活性。
石灰石浆液的给入量的大小取决于对吸收塔浆液PH值的控制。两台PH值测试仪将用来分析石膏排出泵排出管道中浆液的PH值。其监测信号将被送至DCS。若该值超出上限或下限，系统将会报警。另外，若两个读值之差超出设定范围，系统也会报警。
PH值信号将与设定值进行对比，并综合进口SO2信号和锅炉负荷信号后，作为预示信号发出。由于这类反应内在的延迟性，这种预示信号是必要的。如果没有这种预示性，由于吸收塔浆液罐中的浆液很大，烟气流量的变化将不会显示出PH值的变化。这个信号反馈后，随之会启动浆液给入系统，为吸收塔浆液罐及时补充新的石灰石浆液。
3.6.2.2吸收塔浆液的浓度控制
为了优化FGD系统的运行及整套系统的水平衡，吸收塔浆液浓度将被连续监测，作为是否需为吸收塔补充水的指标。吸收塔浓度的正常水平应为总悬浮固体颗粒18%。位于石膏排出泵排出管道中的浓度计将随时监测吸收塔浆液的浓度。如果监测值超出上限/下限，系统将会报警。该信号将被传输到控制系统，与设定值相比较，进而指示浓度控制阀的开启或关闭。该控制亦为分段式控制，即浓度控制阀不能够调节，其功能只有打开和关闭，以此来保证浆液的总固体悬浮颗粒浓度在17% - 19%之间。
3.6.2.3吸收塔浆液的液位控制
为防止吸收塔溢流， 吸收塔浆液的液位要随时检测，如果液位较高，石膏排出泵将把浆液泵入石膏脱水系统。 如果液位较低，排出泵将把液位打回吸收塔。
3.6.2.4氧化空气系统控制
氧化空气将输入吸收塔浆液灌。由于氧化反应将在吸收塔内部进行，其过程称为强制氧化。强制氧化使脱硫过程中产生的CaSO3 转化为CaSO4。氧化空气由增氧风机来提供。
向氧化风机的出口管道喷淋工艺水，会使氧化空气降温并达到饱和。该过程防止了氧化空气在喷淋管网上结垢的形成，并且减少了氧化空气输入管道的口径。
工艺水的流量为一恒定值。过量的水将通过增湿喷嘴下部的水闸释放。增湿系统将随着增氧风机的开启而启动。
3.6.3吸收塔系统设备控制
3.6.3.1吸收塔再循环泵
自动 启动/停止
开/关 泵吸入口电动阀
手动: 启动/停止 泵
开/关 泵吸入口电动阀
释放/关闭清洗水，关闭/打开全关断阀
指示: 泵运行/泵停机状态
吸入口电动阀、清洗水电动阀和排污手动阀 开/关 状态
电机电流
报警: 泵 故障/ 泵 启动故障
电机电流过高
阀门 故障
启动条件: 吸收塔浆液液面高于下限
泵不运行
吸入阀打开
清洗水和排污阀关闭
电机电流不高-高
运行条件: 吸收塔浆液液面高于下限
吸入阀打开
清洗水和排污阀关闭
电机电流正常
3.6.3.2吸收塔搅拌器
自动: 启动/停止 搅拌器
手动: 启动/停止 搅拌器
自动/手动 方式
指示: 搅拌器 运行/停机状态
报警: 搅拌器 故障/搅拌器 启动故障
启动条件: 吸收塔浆液液面高于下限
运行条件: 吸收塔浆液液面高于下限
3.6.3.3吸收塔浆液灌 pH
自动: 根据pH 值要求调节石灰石浆液的输入量控制阀
开/关 石灰石浆液隔离阀
开/关 滤液水加入阀
手动: pH 信号选择
调节石灰石浆液输入量的控制阀
开/关 石灰石浆液隔离阀
开/关滤液水加入阀
指示: 浆液 pH (2)
吸收塔进口 SO2 浓度
锅炉负荷
石灰石浆液输入量控制阀的 开/关 状态
石灰石浆液输入量控制阀的位置
石灰石浆液的输入流量
报警: 高/低 浆液 pH
pH 值信号偏差过高
石灰石浆液输入流量过低
3.6.3.4浆液浓度
自动: 开/关 浓度控制阀，
手动： 开/关 浓度控制阀
指示: 吸收塔浆液浓度
浓度控制阀状态
报警: 吸收塔浆液浓度高/低
阀门故障
3.6.3.5氧化风机
自动: 启动/停止氧化风机
开/关 氧化风机送风阀
开/关 减风阀
调节进气阀
开/关 增湿阀
手动: 启动/停止 氧化风机
开/关 增湿阀
开/关 氧化风机送风阀
开/关 减风阀
开/关 进气阀
指示: 减风阀位置
氧化风机运行/停机状态
电机电流
电机风温(1)
电机轴承温度(1)
电机振动(1)
进口过滤器压差
送风阀 开/关 状态
进气阀开/关状态
减风阀开/关状态
增湿空气温度
氧化风机送风温度
氧化风机送风压强
吸收塔的进风量
氧化风机轴承的振动
报警: 低速轴承振动过大
高速轴承振动过大
电机轴承振动高
低速轴承温度高
高速轴承温度高
氧化风机跳闸
氧化风机电机 amps高
电机风湿温度高
电机轴承温度高
进口过滤压差高
送风高/低
送风温度高
送风量高/低
紧急停机
氧化风机故障
阀门故障
启动条件: 送风阀关闭
减风阀打开
运行条件:
电机振动 不高-高
电机电流 不高-高
氧化风机送风温度 不高-高
电机风湿温度 不高-高
电机轴承温度 不高-高
高速轴承温度 不高-高
低速轴承温度 不高-高
高速轴承振动 不高-高
低速轴承振动 不高-高
3.6.3.6吸收塔就地浆池泵
自动: 启动/停止 一级泵根据浆池液位
开/关 输水，排污和排浆阀
开/关 紧急储存箱的隔离阀
开/关 吸收塔 隔离阀
手动: 启动/停止 泵
开/关 输水，排污和排浆阀
开/关 紧急储存箱的隔离阀
开/关 吸收塔 隔离阀
指示: 泵 运行/停机状态
排污，输水， 吸收塔 隔离阀
紧急储存箱隔离以及排浆阀的 开/关 状态
报警: 泵故障
输水故障
阀故障
启动条件: 浆液液位高于下限
排污和输水阀关闭
打开排浆通路
运行条件 排污和输水阀关闭
液位高于下限
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